ESS란? (Energy Storage System)

현재 산업이 발전함에 따라, 지구 온난화 문제와 여러 기후문제의 국면에 맞닦들이고 있습니다. 또한 자원고갈의 위협 또한 현실적으로 다가온 시대 속에서, 지속 가능한 에너지관리체계와 에너지 솔루션에 대한 관심과 필요성이 점점 대두되고 있는데요. 현대사회에 환경정책에 대한 대응책으로써 "에너지 저장 시스템"이라고도 불리는 "ESS"에 대해 주목이 쏠리고 있습니다. 오늘은 ESS에 대해 알아보겠습니다.

 
 
 

ESS란? (Energy Storage System이란?)

 

ESS 시스템은 "Energy Storage System" 의 약어로, 에너지 저장 시스템을 의미합니다. 이 시스템은 전력 에너지를 저장하고, 필요할 때 공급하거나 전력그리드의 안정성을 향상하는 기술입니다.
ESS는 다양한 에너지 소스에서 만들어진 전기에너지를 저장하고, 필요한 때 방전해서 사용할 수 있는 중요한 역할을 합니다.

 
ESS 시스템 종류는 크게 4가지로 분류됩니다.

 

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ESS 시스템 종류

 

1. 배터리 기반 ESS: 리튬 이온, 납의 산화물, flow battery 등 다양한 종류의 배터리를 사용하여 에너지를 저장하며, 방출합니다. 주로 가정용 및 상업용, 산업용 에너지를 저장하는데 사용합니다.
사례로, 전기차하면 떠오르는 대표적인 기업인 테슬라의 Tesla Powerwall 기술이 있습니다.
테슬라의 파워월 기술은 가정용 배터리 기반 ESS로, 태양광 패널과 연결하여 발전된 태양 에너지를 저장하며 가정에서 사용할 수 있도록 합니다.
 
 
2. 수소 기반 ESS: 수소를 생성하며 저장합니다. 이로인해 에너지를 공급할 수도 있고, 연료전지를 통하여 전기 에너지를 생성하는 시스템입니다. 장기간 에너지를 저장하는데 적합한 시스템입니다.
수소기반 에너지 저장 시스템의 사례 중 하나로 "파워 투 가스 시스템" 이 있습니다.
파워 투가스 시스템은 생산한 수소에너지를 저장하여 재생가능에너지의 효율적인 사용을 지원하는 기술입니다. 생성된 수소는 압축이나 액화되어 저장되며, 필요할 때 다시 연료전지를 통해서 전기에너지로 변환하여 사용할 수 있습니다. 또한 재생가능에너지가 과잉으로 생산될 때, 과잉 생산된 잉여에너지를 활용하여 수소를 생산할 수 있습니다.
 
 
3. 유전체 기반 ESS: 유전체를 활용하여 에너지를 저장하며 방출하는 시스템입니다. 장기간 저장 할 수 있는 높은 에너지 밀도를 갖는 특성이 있습니다.
유전체 기반 ESS 사례 중 하나로, 바나듐 레독스 흐름전지 (VRFB)가 있습니다.
VRGB은, 에너지 저장과 출력 용량을 각각 독립적으로 조절가능하며, 장기간에 걸쳐 에너지 저장을 할 수 있습니다. 또한 VRGB는 중금속 물질이나 유해한 물질 등을 사용하지 않고, 사용하는 대부분의 전해질 용액이 대부분 물로 이루어져 있기 때문에 친환경 설루션으로 인정됩니다.
하지만, 다른 일부 배터리시스템에 비해 VRFB의 에너지 밀도가 상대적으로 낮을 수 있고, 이로 인한 공간효율성이 떨어질 수 있다는 단점이 있습니다. 또한 공간효율성의 문제에 더불어 크고 복잡한 구조로 대용량 설치에 필요한 공간과 비용이 비교적 높을 수 있습니다.
 
4. 압축 공기 저장 (CASE): 압축하여 저장한 공기를, 사용이 필요할 때 확장하여 전기를 생성하는 방식입니다. 대용량 에너지 저장하는데 사용됩니다.
압축공기 저장 CASE 시스템의 사례 중 하나로, 1978년부터 운영되어 온 세계 최초의 CASE 시스템을 운용 중인 "호네스트 전력 저장소"가 있습니다. 호네스트 전력 저장소는 전력 공급체계 (전력 그리드)의 안정성 향상과 더불어, 전력 수요 피크시간대에 공급을 안정감 있게 제공하는 중이며 CASE 기술의 가능성을 보여주는 대표적인 사례입니다.
 
 
 

ESS 시스템 작동원리

 

ESS 시스템의 종류와 유형도 다양하지만 기본적인 작동 원리는 비슷합니다.
 
ESS 시스템의 전반적인 작동 개념은 다음과 같습니다.
 

1. 충전 (Charge)

ESS 시스템은 에너지를 저장하는 단계에서 외부 전력원으로부터, 전기 에너지를 받아
저장하게됩니다.
충전단계에서 배터리, 연료전지, 압축공기를 저장하는 시스템 등에 전기 에너지를 공급하여 에너지를 저장하거나 화학적인 변화로 에너지를 저장합니다.

2. 저장 (Storage)

충전된 에너지는 시스템 내부에서 화학반응 및 압축, 또는 물리적인 방식으로 저장됩니다.
저장단계에서 에너지가 화학반응, 열 변화, 압축 등을 통해 저장 매체에 저장되어 사용될 준비가 됩니다.
 
3. 방전 (Discharge)

필요한 경우 에너지는 방전 단계에서 다시 전기 에너지로 변환되어 사용됩니다.
에너지 저장 매체 내부, 화학반응이나 물리적 변화로 인하여 에너지가 다시 전기 에너지로 변환됩니다.

4. 전력 공급 (Power Supply)

방전된 에너지는 연결된 부하나 전력 그리드에 공급되어 사용됩니다. 전력 공급 단계에서 저장된 에너지가 외부 회로로 전달되어 전력을 제공하게 됩니다. 
 
ESS 시스템은 이러한 단계들을 조절하고 제어하여, 전기 에너지의 공급과 수요를 조절하며, 전기를 효율적으로 전달하여 전력공급을 보다 안정적으로 제공하는데 중요한 역할을 합니다.
이를 통해 전력 수급의 변동폭을 관리하고 전력 그리드 효율성을 향상할 수 있습니다. ESS 시스템은 지속가능한 에너지 관리와 전력 공급 두 가지 모두를 잡을 수 있는 핵심 요소로 간주되고 있습니다.